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[油分析专区] 内燃机油的分类、性能及应用

发布时间：2009/6/9 阅读次数：1324 字体大小: 【小】【中】【大】

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内燃机油又称马达油、发动机油和曲轴箱油。内燃机油广泛用于汽车、内燃机车、摩托车、船舶等。它又是润滑油中用量最多的一类油品，约占润滑油总量的50%左右。下图列出按用途的内燃机油分类：
（一）内燃机油的粘度分类
我国内燃机油分类，均采用国际上通用的SAE粘度分类和API的性能分类。表3-18列出了我国参照SAEJ300所制订的我国内燃机油粘度分类国家标准（GB/T14906-94）。

表3-18 内燃机油的粘度分类

粘度等级号	低温粘度（CCS）不大于		边界泵送温度℃/不高于	100℃运动粘度/（mm²/S）
粘度等级号	温度/℃	粘度/（mpa·s）	边界泵送温度℃/不高于	不小于	小于
OW	-30	3250	-35	3.8
5W	-25	3500	-30	3.8
10W	-20	3500	-25	4.1
15W	-15	3500	-20	5.6
20W	-10	4500	-15	5.6
25W	-5	6000	-10	9.3
20				5.6	9.3
30				9.3	12.5
40				12.5	16.3
50				16.3	21.9
60	—	—	—	21.9	26.1

表中CCS低温粘度是用冷启动模拟试验机在规定的低温高剪切速率下测得的低温动力粘度。它所测得的粘度与发动机有良好的相关性，它模拟了发动机汽缸-活塞区域冷启动的工况，所以能预测机油能否保证发动机的顺利启动。

表中边界泵送温度是指能把机油连续供给发动机时机油泵入口的最低温度。如果机油温度低于边界泵送温度，则机油粘度过大，油泵抽空，使机油泵送失败，导致启动困难甚至出现运转和磨损事故。

（二）汽油机油和柴油机油质量等级分类

美国API（美国石油学会）、ASTM（美国材料试验学会）、SEA（汽车工程师学会）共同制订了这两种内烯机油的质量等级分类（SAEJ183）。汽油机油定为S系列，分为SA、SB……SG。分类中以A、B…字母顺序依次提高了油品的质量等级。柴油机油则定为C系列，顺序分为CA、CB…CE、CF-4。

我国于1994年起，参照采用了SAEJ183的质量分类标准，把汽油机油从Q系列改为S系列，柴油机油仍为C系列，但是，“C”字母从汉语拼音改读英文字母的读音“C”。表3-19和表3-20分别介绍了原API对于两种内燃机油的质量分级情况。

表3-19 美国汽油机油的API质量分级

等级	使用对象	油品性能
SA SB SC SD SE SF SG	一般低负荷汽油机号柴油机中负荷汽油机用于1964~1967年生产的汽油车用于1968~1971年生产的汽油车用于1972年以后生产的汽油车用于1980年以后生产的汽油车用于1989年以后生产的汽油车	不含添加剂或只加降凝剂与抗泡剂加入某些抗氧剂与抗磨剂加入清净分散剂与抗氧抗腐剂具有更好的减少低温油泥与防锈性能具有更好的高温抗氧化及抗低温油泥性能具有比SE更好的抗氧化及抗磨性能具有比SF更好的分散性及抗氧化性能，也要求CC性能

表3-21 EQ和EC分类与SAEJ183分类的对照表

汽油机油		柴油机油
EQ系列	SAE分类	EC系列	SAE分类
EQB EQC EQD EQE EQF	≈SB ≈SC ≈SD ≈SE ≈SF	ECA ECB ECC ECD	≈CA ≈CB ≈CC ≈CD

（三）关于多级油和通用内燃机油

内燃机油100℃运动粘度在SAE粘度等级的20、30、40、50、60的粘度范围，同时，它的低温度和边界泵送温度还能满足W级油的粘度等指标，则这种油便称作多级汽油机油或多级柴油机油。例如10W/30就属于多级内燃机油。发展多级内燃机油，可以使一个油同时满足冬夏通用，即既满足冬季低温的冷启动和低温泵送要求，又满足100℃时高温下的粘度要求。使用多级油，不但减少季节性换油的麻烦，而且能降低发动机的摩擦功达到节省能源的目的。

另外，一个内燃机油既用于汽油机又同时可适用于柴油机，此种油称作通用内燃机油。例如CC/SD，SF/CD等。通用内燃机油属于公路长距离速运输的发展所需，可以满足汽油车和柴油车混合车队的用油需求，简化了品种。同时，此举也属于内燃机热负荷均有所提高，以及油品添加剂技术发展所带来的效果。在欧美市场上，通用内燃机油已超过60%。

在上述基础上，已逐渐形成了通用多级内燃机油，例如SF/CD、15W/40、SE/CC、10W/30等品种。

（四）内燃机油的性能评定

表3-19和表3-20所列的汽油机油和柴油机油质量分级的基础，主要是这些油品的使用性能上的差别，实质上反映了油品能否满足内燃机不断增长着的热负荷强度和最经济的功率因素，以及一些针对环保要求和节约能源等综合技术参数对于油品性能不断提高的要求。所以，每一个质量等级，其背景就是各个时期汽车工业（其中以发动机技术为主）对于油品的需求。各质量级别的内燃机油的性能评定反映了各个时期汽车工业对于油品性能的集中要求，而且是相对提高了苛刻度的情况下进行评定。表3-22和3-23分别列出各质量等级汽油机油的性能评定项目。

表3-22 汽油机油API性能评定项目

类别	发动机性能评定项目
SA	无
SB	L-38：轴承失重 MS程序Ⅳ：凸轮擦伤挺杆擦伤
SC	L-38：轴承失重 MS程序ⅡA：凸轮挺杆擦伤，磨损，锈蚀，油泥，漆膜等评分 MS程序Ⅳ：凸轮擦伤，挺杆擦伤 MS程序Ⅴ：发动机总油泥评分，漆膜评分，油环堵塞，过滤网堵塞等
SD	L-38：轴承失重 MS程序ⅡB和B：凸轮挺杆擦伤，磨损，锈蚀，漆膜 MS程序Ⅳ：凸轮擦伤，挺杆擦伤 MS程序ⅤB：发动机油泥，漆膜，油环堵塞，过滤网堵塞等
SE	MSⅡC锈蚀评分，挺杆粘结 MSⅣC46H后粘度增长（100F） 64H后的活塞裙部漆膜，油环漆膜，油泥，挺杆粘结，磨损，擦伤 ⅤC：油泥，漆膜，油环堵塞，过滤网堵塞等
SF	L-38：轴承失重 MS程序ⅡD：锈蚀，挺杆粘结 MS程序ⅢD：油泥，漆膜，凸轮挺杆磨损 46H后粘度增长粘环，挺杆粘结，凸轮和挺杆擦伤 MS程序ⅤD：油泥，漆膜，凸轮磨损，油环堵塞，过滤网堵塞，环粘结
SG	满足ⅡD、ⅢE、ⅤE汽油机试验要求，并通过L-38-1H²

表3-23 柴油机油API性能评定项目

类别	发动机性能评定项目
CA	L-38单缸：轴承腐蚀 L-1：非增压单缸试验（高温清净），积炭和漆膜生成
CB	L-38单缸：轴承腐蚀 L-1：非增压单缸（含硫柴油），三积炭和漆膜生成
CC	L-38单缸：轴承腐蚀 LTD单缸：低温沉积物 MS程度ⅡD：锈蚀情况 1H或1 H²低增压单缸试验（高温清净）：积炭和漆膜以及环磨损
CD	L-38单缸：轴承腐蚀 1G ²中增压单缸试验，活塞沉积物，环粘结，环磨损
CD-Ⅱ	通过1G2、6V-53T、L-38试验要求
CE	通过1G2、T-6、T-7、NTC-400、L-38等试验要求
CF-4	通过T-6、T-7、NTC-400、L-38和1-K等试验要求

（五）内燃机油的选用

内燃机的工作情况有一定特点。一是既面临发动机燃料烧所引发的高温，也涉及发动机部件运动摩擦所产的摩擦生热。因此，发动机活塞顶部和汽缸壁可高达300~320℃（当燃，燃烧室温度还要高）。长期贮存机油的曲轴箱油温也会在90~120℃之间。但是，在冬季的环境温度又可以很低，可以低达-30℃甚至更低。

二是由于发动机运动形式，例如曲轴转速可达5000r/min以上，活塞的平均线速度在8~14m/s，且有上死点和下死点的往复式运动，在摩擦表面形成油膜甚难，而且还要面临燃料稀释和燃料燃烧氧体的侵蚀，使油品变质和降解。

三是随着发动机的高功率，导致主轴承和连杆轴承的负荷相应增加，最高负荷可高达12~24.5MPa，而且还有一定的冲击负荷。

四是面对内燃机的苛刻操作条件，对内燃机油的积炭、漆膜、油泥以及高温清净性和低温时油泥的分散性，在高温时的抗擦伤和抗磨损均提出了较高的要求。

总之，内燃机油应具备的主要性能应为：适当的粘度和良好的粘温性能；较强的热安定性和抗高温氧化安定性；优异的高温清净分散性和低温油泥分散性；良好的高温状态下的抗磨损性；良好的防腐蚀和抗锈蚀性。

1．内燃机油粘度牌号的选择。

粘度划分内燃机油牌号的重要依据。粘度的选用要根据发动机工作环境温度、热负荷、机械负荷而加以选用，其中环境温度是最重要的依据。表3-24列出汽车制造厂推荐的机油最低操作温度。

2．根据发动机的受热强度选油

发动机的热状况是影响润滑油质量变化的主要因素。柴油机负荷越高，工作温度也越高，工作强度越强烈，润滑油形成漆膜和氧化变质的倾向也越大。因此，对润滑油的热氧化安定性、清净分散性、粘温特性等要求越高。

柴油机的单位容积负荷和受热状况用强化系数第一环槽温度表示。

表3-24 环境温度与粘度牌号的选择

SAE粘度牌号	最低操作温度/℃
5W 5W-20 10W 10W-40 15W-40 20W 20W-50 30 40	-32 -32 -23 -23 -20 -12 -12 -10 -5

强化系数计算方法如下： K=P_cC_mZ

式中 P_c——平均有效压力，kgf/cm²；

C_m——活塞平均速度，m/s；

Z ——冲程系数（四冲程机Z=0.5；二冲程机Z=1.0）

强化系数小于30为普通柴油机，其上部活塞区的温度一般在230~250℃时，可用CC级柴油机油。

强化系数30~50的柴油机，其上部活塞区的温度一般在230~250℃时，可使用CC级柴油机油。

强化系数大于50，活塞平均速度大于9 m/s的是高强度柴油机，上部活塞区温度高于250℃，可使用CD级柴油机油。

3．根据发动机工作状况选油

发动机工作状况好坏，也对油品质量有不同的要求。发动机长期在额定的负荷或是超负荷下工作。工作状况变化的频繁程度以及车辆行驶路面的好坏，都对内燃机油质量有不机的要求。满载超负荷、多工况、坏路面等对油品质量要求更为苛刻。

4．根据机油容量大小选油

机油容量越小，油品受热强度较高，对油品要求相应苛刻。例如法国进口内燃机车，强化系数达85左右，增压压力0.29MPa。由于机油量很大，一次装油达646L，所以可以选用CC级柴油机油。

5．根据燃质量好坏选油

柴油质量差，含硫高，对内燃机油的质量要求就苛刻。例如规定可以使用CA级柴油机的轻负荷柴油机，若使用含硫量0.5%以上的柴油时，要改用CB级柴油机油。

6．关于汽油机的机油选用

汽油发动机汽车要选用汽油机油。它的质量等级主要是根据汽油发动机的压缩比，曲轴箱是否装有正压通风装置，是否有废气催化转化器等为主要考虑依据。例如解放和东风牌汽车一般可选用SC级汽油机油；但新解放和改型东风汽车，压缩比提到7.0左右并装有曲轴箱正压通风装置，应选用SD汽油机油。小轿车压缩比在8~10，应选用SE级汽油机油。压缩比10以上，或是发动机功率大、体积小、工作条件苛刻，应选用质量更高的SF级汽油机油。

(七)二冲程汽油机油

二冲程汽油机采用油雾润滑,燃料与润滑油按一定比例混合后进入发动机,汽油首先气化而润滑油分离,此时润滑油雾对运动部件起到润滑作用.然后与汽油一起到燃烧室烧掉,燃料与润滑油的混合比,已从20：1、50：1发展到100：1。

二冲程汽油机由于结构简单，单位功率重量轻，可以在摩托车和小型农林动力机械方面得到广泛应用。

近年来二冲程汽油机向高转速、大功率化方向发展，另外，各国为了保护环境，限制二冲程汽油机不排放或少排放污染物（黑烟等），所以对二冲程汽油机油的性能要求有：低灰分、优良的高温清净性；好的润滑性和抗磨性以及对汽油良好混合性。其目的在于避免燃烧后生成多重沉积物，污染火花塞，抑制在排气口和活塞环槽生成积炭或粘环。

表3-30 二冲程汽油机油分类

代号	特性和使用场合
ERA （I档）	用于缓和条件下工作的小型风冷二冲程汽油机。具有防止发动高温堵塞和活塞磨损的性能，另外还能满足发动机其他一般性能要求
ERB （Ⅱ档）	用于缓和至中等条件下工作的小型风冷二冲程汽油机。具有防止发动活塞磨损和由燃烧室沉积物引起提前点火的性能，另外还能满足发动机其他一般性能要求
ERC （Ⅲ档）	用于苛刻条件下工作的小型风冷二冲程汽油机，具有防止高温活塞环粘结和由燃烧室沉积物引起提前点火的性能，另外还能满足发动机其他一般性能要求
ERD	用于苛刻条件下工作的小型风冷二冲程汽油机。具有防止由燃烧室沉积物引起提前点火，活塞环粘结，活塞磨损和腐蚀性能，另外还能满足发动机其他一般性能要求

但是，二冲程汽油机油的分类处在完善和发展中阶段。70年代，美国MSTM、API、SAE和欧洲协调委员会（CEC）共同制订了该油的分类，分为TSC-1、TSC-2、TSC-3和TSC-4。它的适用情况及其与我国分类的对应关系列在表3-32中。

从90年代初，日本标准协会正在努力实现二冲程汽油机油的全球分类。其特征在于取代沿用的空冷和水冷的分类基础，代之以按油品具有的性能分类。表3-33列出相当于TSC-1、TSC-2和TSC-3的分类及其性能评定参数。

表3-32 国内外二冲程汽油机油分类标准对照

我国分类	国外分类	档次	适用范围
L-ERA	TSC-1	Ⅰ	排量50cm³或以下的轻负荷风冷二冲程汽油机（如轻型摩托车、小型农机等）
L-ERB	TSC-2	Ⅱ	中等排量（50~250 cm³）或中等负荷（升功率50~100℃）风冷式二冲程摩托车等
L-ERC	TSC-3	Ⅲ	低燃油比高负荷（升功率在100℃以上）或排量大于250 cm³的风冷二冲程摩托车
L-ERD	TSC-4

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